Arresti cardiaci, fattori ambientali e defibrillatori in Lombardia: sviluppo di un framework di analisi tramite Geographic Information System

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POLITECNICO DI MILANO

Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica

ARRESTI CARDIACI, FATTORI AMBIENTALI E

DEFIBRILLATORI IN LOMBARDIA: SVILUPPO DI UN

FRAMEWORK DI ANALISI TRAMITE GEOGRAPHIC

INFORMATION SYSTEM

Relatore: Prof. Enrico Gianluca Caiani

Correlatore: Prof.ssa Maria Antonia Brovelli

Tesi di Laurea di:

Giulia Marelli

Matricola 833261

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Arresti cardiaci, fattori ambientali e defibrillatori in Lombardia: sviluppo di un framework di analisi tramite Geographic Information System

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RINGRAZIAMENTI

Desidero esprimere un profondo ringraziamento al Prof. Enrico Caiani che mi ha seguito in questi mesi offrendomi la possibilità di lavorare su un tema molto attuale e di collaborare con AREU: un grazie particolare a Pietro Maria Brambilla, Andrea Pagliosa, Marcella Bozzola e Guido Francesco Villa.

La realizzazione di questo elaborato non sarebbe inoltre stata possibile senza il supporto della Prof. Maria Antonia Brovelli per il suo aiuto nello svolgere la parte relativa alla geomatica e senza la collaborazione di Carolina Arias Muñoz nell’implementazione del relativo codice di analisi.

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INDICE DEI CONTENUTI

RINGRAZIAMENTI ... 1

INDICE DEI CONTENUTI ... 2

INDICE DELLE FIGURE ... 4

INDICE DELLE TABELLE ... 9

SOMMARIO ... 12

ABSTRACT ... 16

1. INTRODUZIONE ... 20

1.1. CONTESTO CLINICO: IL CUORE ... 20

1.2. ARRESTO CARDIACO (AC) o ARRESTO CARDIOCIRCOLATORIO (ACC) ... 25

1.2.1. CLASSIFICAZIONE ... 26 1.2.2. SINTOMI ... 27 1.2.3. CAUSE ... 27 1.2.4. FATTORI DI RISCHIO ... 29 1.2.5. DIAGNOSI ... 30 1.2.6. CONSEGUENZE ... 30

1.3. TRATTAMENTI E PROCEDURE DA SEGUIRE IN CASO DI AC ... 30

1.4. CORRELAZIONE TRA ARRESTO CARDIACO E FATTORI METEOROLOGICI ED INQUINANTI ... 44

1.4.1. FATTORI METEOROLOGICI ED INQUINANTI E I LORO EFFETTI SUL CORPO UMANO……. ... 44

1.4.2. STATO DELL’ARTE ... 49

1.5. INTRODUZIONE ALLA GEOMATICA ... 53

1.5.1. COS’E’ E A COSA SERVE ... 53

1.5.2. GIS (Geographic Information System) ... 54

1.5.3. GIS E LA SALUTE PUBBLICA ... 54

1.5.3.1. ESEMPI IN AMBITO SANITARIO ... 55

1.6. SCOPO DEL LAVORO ... 57

2. MATERIALI E METODI ... 58

2.1. RACCOLTA DATI ... 58

2.1.1. DATI DI POPOLAZIONE ... 58

2.1.2. DATI ARRESTI CARDIO-CIRCOLATORI ... 61

2.1.3. DATI DAE (DEFIBRILLATORI AUTOMATICI ESTERNI) ... 66

2.1.4. DATI FATTORI METEOROLOGICI E FATTORI INQUINANTI ... 67

2.1.5. DATI TERRITORIALI ... 71

2.1.6. DATI STRADALI ... 72

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3

2.2. TECNICHE DI MAPPATURA ... 74

2.2.1. SISTEMI DI COORDINATE ... 74

2.2.2. SOFTWARE GIS ... 78

2.2.3. RAPPRESENTAZIONE DEI DATI ED INFORMAZIONI ESTRATTE ... 81

2.3. LE ISOCRONE PER UNA CORRETTA DISTRIBUZIONE DEI DAE ... 85

2.3.1. LE ISOCRONE ... 85

2.4. MODELLI DI REGRESSIONE LINEARE E ANALISI DI CORRELAZIONE ... 91

2.4.1. MODELLI DI REGRESSIONE LINEARE SEMPLICE E MULTIPLA ... 91

2.4.2. ANALISI DI CORRELAZIONE ... 94

3. RISULTATI ... 95

3.1. ANALISI DEGLI ARRESTI CARDIACI ... 95

3.2. MAPPATURA DEI DATI ... 109

3.2.1. ARRESTI CARDIACI ... 109

3.2.2. DEFIBRILLATORI AUTOMATICI ESTERNI ... 112

3.2.3. STAZIONI METEOROLOGICHE E STAZIONI INQUINANTI ... 113

3.3. LE ISOCRONE E I DAE ... 128

3.4. ANALISI DI CORRELAZIONE ... 134

5. DISCUSSIONE E CONCLUSIONI ... 143

5.1. VALUTAZIONE SULLE ANALISI DEGLI AC ... 143

5.2. VALUTAZIONE ANALISI DI MAPPATURA ... 146

5.3. VALUTAZIONE ISOCRONE E DEFIBRILLATORI ... 148

5.4. VALUTAZIONE ANALISI DI CORRELAZIONE ... 149

5.5. SVILUPPI FUTURI E LIMITI ... 150

BIBLIOGRAFIA ... 153

SITOGRAFIA (ultimo accesso verificato in data 25/03/2017) ... 155

APPENDICE A – codice sql isocrone ... 158

APPENDICE B – fattori meteorologici ed inquinanti ... 163

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INDICE DELLE FIGURE

Figura 1. Rappresentazione del cuore e delle 4 valvole cardiache: aortica, polmonare, tricuspide e mitrale.

[Perin Giordano, 2008] ... 22

Figura 2. Le due vie di circolazione del sangue; in blu viene rappresentato il sangue ossigenato, mentre in

rosso il sangue deossigenato.[Cirelli Stefano, 2016] ... 22

Figura 3. Rappresentazione del cuore. VCs = vena cava superiore; VCi = vena cava inferiore; Ads = atrio

destro; Vds = ventricolo destro; AP = arteria polmonare; APd = arteria polmonare destra; APs = arteria polmonare sinistra; Vp = vene polmonari; Asn = atrio sin.[Cirelli Stefano, 2016] ... 23

Figura 4. Sistema di conduzione del cuore. [Perin Giordano,2008] ... 24 Figura 5. Cause di arresto cardiaco. [Angerano Vincenzo, 2016] ... 27 Figura 6. Catena della sopravvivenza, da seguire in caso di arresto cardiaco. [http://www.comocuore.org] 31 Figura 7. Passaggi che avvengono durante una chiamata al numero unico di emergenza 112.

[https://www.areu.lombardia.it/] ... 32

Figura 8. Rianimazione cardiopolmonare (RCP).

[https://en.wikipedia.org/wiki/File:2002_CPR_Technique.jpg] ... 35

Figura 9. Percentuali di sopravvivenza con RCP. [COMOCUORE onlus, 2016] ... 36 Figura 10. Defibrillatore manuale.

[http://www.medicalexpo.it/prod/digicare-animal-health/product-99793-649291.html] ... 38

Figura 11. Defibrillatore semiautomatico esterno. [http://defibtech.it/] ... 38 Figura 12. DAE (Defibrillatore Automatico Esterno). [http://defibtech.it/] ... 39 Figura 13.Cartello di salvataggio indicativo del defibrillatore. [Ente Nazionale Italiano di Unificazione,

2012] ... 42

Figura 14. Cartello di salvataggio DAE con segnaletica per indicare il luogo esatto dove è stato installato.

[Ente Nazionale Italiano di Unificazione, 2012] ... 42

Figura 15.Rapprentazione della sovrapposizione di più layers informativi.

(https://geoearthmapping.com/tag/gis/) ... 54

Figura 16. Prevalenza di obesità negli adulti di Los Angeles, 2007. [County of Los Angeles Public Health

Office of Health Assessment and Epidemiology, 2011] ... 56

Figura 17.Rischio relativo di ospedalizzazione. Ricoveri potenzialmente inappropriati - Classifica - Anno

2008 - Tutte le diagnosi (%).[Olivieri Armando et al., 2012] ... 56

Figura 18.Divisione della regione Lombardia in Sale Operative Regionali Emergenza Urgenza - SOREU.

(https://www.areu.lombardia.it/) ... 62

Figura 19. Compilazione nella scelta dei fattori meteorologici da considerare e la zona di misurazione degli

stessi.

(http://www2.arpalombardia.it/siti/arpalombardia/meteo/previsionimeteo/meteolombardia/Pagine/defau lt.aspx) ... 69

Figura 20. Scelta dei parametri temporali nella compilazione di richiesta dei dati delle stazioni

meteorologiche nel sito di ARPA.

(http://www2.arpalombardia.it/siti/arpalombardia/meteo/previsionimeteo/meteolombardia/Pagine/defau lt.aspx) ... 69

Figura 21. Banca dati riguardante gli shapefile contenenti i confini comunali, provinciali e le ASL di tutta la

regione Lombardia. (http://www.geoportale.regione.lombardia.it/download-ricerca) ... 72

Figura 22. Azioni necessarie per rappresentare sulle mappe la superficie terrestre utilizzando superficie

approssimate di riferimento. [Lucchesi Fabio, 2005] ... 75

Figura 23. Rappresentazione della Terra secondo la proiezione di Gauss, divisa in 60 fusi. [ Lucchesi Fabio,

2005] ... 76

Figura 24. Sistema di coordinate Gauss-Boaga utilizzato in Italia, proiettato secondo Gauss e orientato a

Monte Mario. [Lucchesi Fabio, 2005] ... 76

Figura 25. Inserimento di una shapefile in QGIS. ... 78 Figura 26. Inserimento di un file CSV sia con riferimenti geografici, sia con nessun tipo di geometria. ... 79 Figura 27. Schermata dove è possibile modificare lo stile del layer e altre sue proprietà, aggiungere le

etichette dei dati, unirli e modificare il loro SR. ... 79

Figura 28. Rappresentazione dei territori dei comuni in Lombardia e delle stazioni meteorologiche (puntini

blu) presenti sul territorio. I due layers sono stati sovrapposti tra di loro in modo da dare un visione globale della distribuzione delle stazioni di misura in Lombardia. ... 80

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5 Figura 29. Rappresentazione delle stazioni meteorologiche nella loro reale posizione mostrata nella

sottostante mappa di OSM. ... 80

Figura 30. Raggruppamento dei dati di temperatura secondo la tassellatura data dai Poligoni di Voronoi o Poligoni di Thiessen. ... 81

Figura 31. Suddivisione della regione Lombardia in comuni (http://www.geoportale.regione.lombardia.it). ... 82

Figura 32. Suddivisione della regione Lombardia in ASL. Nella mappa sono indicati anche i nomi di ognuna di esse. (http://www.geoportale.regione.lombardia.it) ... 82

Figura 33. Unione tra uno shapefile e un file csv. Questo tipo di operazione è possibile solo quando è presente un campo comune ed identico in formato tra i due file da unire. ... 83

Figura 34. Mappatura della aree antropizzate della Lombardia, indicate in nero. ... 84

Figura 35. a) Rappresentazione di una isocrona radiale della copertura sanitaria nella città di Ávila; b) rappresentazione di isocrone temporali, reali, che tengono in considerazione le strade della città di Ávila per mostrare la reale copertura sanitaria. [Otamendi Javier F., 2015] ... 86

Figura 36. Grafo stradale della città di Milano. (http://www.mappecitta.it/il-db-cartografico-vettoriale-dellItalia.html) ... 87

Figura 37. Rappresentazione di un Alpha Shape e della sua definizione. [Recitation et al., 2011] ... 88

Figura 38. Rappresentazione della definizione della triangolazione di Delanuay. [Delanuay Boris, 1934] ... 88

Figura 39. Rappresentazione tramite QGIS della topologia dell'ASL di Milano, dove sono messi in evidenza i nodi (punti blu) che si formano all'intersezione tra due diverse strade. ... 90

Figura 40. a) Scatterplot con relazione tra le variabili lineare; b) Scatterplot con relazione quadratica; c) Non esiste nessuna relazione tra le due variabili. [Ramachandran Kandethody M., 2015] ... 92

Figura 41.Percentuale distribuzione degli AC in casa e fuori rispetto al numero totale avvenuto in Lombardia nel 2015. ... 95

Figura 42. Suddivisione degli AC per luogo tra quelli avvenuti in abitazioni private... 96

Figura 43. Suddivisione degli AC per luogo tra quelli avvenuti all'esterno delle abitazioni private. ... 96

Figura 44. Suddivisione degli AC avvenuti in tutta la regione Lombardia, distinti per sesso (M/F). ... 97

Figura 45. Suddivisione degli AC avvenuti in casa, distinti per sesso (M/F). ... 97

Figura 46. Suddivisione degli AC avvenuti fuori casa, distinti per sesso (M/F). ... 98

Figura 47. Suddivisione degli AC per fasce d'età: a) totali; b) in casa; c) fuori casa. ... 99

Figura 48. Distribuzione oraria degli AC: a) totali; b) in casa; c) fuori casa. ... 100

Figura 49. Distribuzione giornaliera degli AC: a) totali; b) in casa; c) fuori casa. ... 101

Figura 50. Distribuzione mensile degli AC: a) totali; b) in casa; c) fuori casa. ... 102

Figura 51. Primo mezzo di soccorso giunto sul posto dove si trova il paziente rispettivamente per gli AC: a) totali; b) in casa; c) fuori. Tra i mezzi di soccorso abbiamo i Mezzi di Soccorso di Base (MSB), Avanzato (MSA) ed Intermedi (MSI). ... 103

Figura 52. Numero dei pazienti colpiti da AC a cui è stato effettuata la RCP da parte di astanti all’evento. a)Sugli AC totali avvenuti in Lombardia; b) Sugli AC avvenuti in casa; c) Sugli AC avvenuti fuori casa. Tra le opzioni di risposta abbiamo: S (si la RCP è stata praticata da astanti), N (non è stata praticata), 0 (non si sa se è stata o meno praticata RCP). ... 104

Figura 53. Numero di pazienti colpiti da AC che sono stati sottoposti a rianimazione cardio-polmonare (RCP) da parte dei soccorritori, come azione di BLS (Basic Life Support, ovvero le azioni di primo soccorso). a) Numero AC sui totali; b) Numero AC su quelli avvenuti in casa; c) Numero AC su quelli avvenuti fuori casa. Tra le opzioni di risposta abbiamo: S (la RCP è stata praticata), N (non è stata praticata), 0 (non si sa se è stata o meno praticata RCP). ... 105

Figura 54. Esito RCP a cui sono stati sottoposti i pazienti: a) sugli AC totali; b) in casa; c) fuori casa. Tra le opzioni di risposta abbiamo: accettato in PS; deceduto; Rosc (Ritorno alla circolazione spontanea). . 106

Figura 55. Utilizzo dei PAD o defibrillatori di accesso pubblico da parte degli astanti all'evento sui pazienti. a) Sugli AC totali; b) Sugli AC avvenuti in casa; c) sugli AC avvenuti fuori casa. Tra le opzioni di risposta abbiamo: S (il PAD è stato utilizzato), N (non è stato utilizzato), 0 (non si sa se è stato o meno utilizzato il PAD). ... 106

Figura 56. Utilizzo dei DAE da parte dei soccorritori, in particolare MSB. a) sugli AC totali; b) sugli AC in casa; c) sugli AC fuori casa. Tra le opzioni di risposta abbiamo: S (il DAE è stato utilizzato), N (non è stato utilizzato), 0 (non si sa se è stato o meno utilizzato). ... 107

Figura 57. Esito paziente dopo le prestazioni dei mezzi di soccorso, negli AC (a) totali, (b) in casa e (c) fuori casa. Tra le possibili opzioni di risposta: deceduto; regolare; rifiuta trasporto; trattenuto da altri; non indicato (non si sa nulla riguardo l’esito paziente). ... 108

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6 Figura 58. Esito PS degli AC (a) totali, (b) in casa e (c) fuori casa. Tra le possibili risposte: deceduto in PS;

dimissione a domicilio; giunto cadavere; ricovero in reparto di degenza; trasferimento ad altro istituto; rifiuta ricovero. ... 109

Figura 59. Distribuzione degli AC avvenuti nel 2015 (a) in casa e (b) fuori casa in tutta la regione

Lombardia. ... 110

Figura 60. Distribuzione degli AC in ogni ASL, distinti per colore. ... 111 Figura 61. Rappresentazione per le aree antropizzate di ogni ASL la distribuzione degli AC del 2015 nella

regione Lombardia rappresentata con un colore diverso per ogni ASL. ... 112

Figura 62.Rappresentazione della distribuzione dei DAE nella regione Lombardia rappresentati con un

colore diverso per ogni ASL. ... 113

Figura 63. Rappresentazione della distribuzione delle stazioni in tutta la Lombardia. a) Stazioni

meteorologiche (punti rossi); b) Stazioni fisse inquinanti (punti blu). ... 114

Figura 64. Rappresentazioni delle stazioni meteorologiche e fisse in base al fattore che misurano. a) Altezza

della neve (punti blu); b) Direzione del vento (punti fucsia); c) Precipitazioni (punti verdi chiaro); d) Radiazione globale (punti rossi); e) Temperatura (punti marroni); f) Umidità relativa (punti verdi); g) Velocità del vento (punti neri); h) Monossido di carbonio (CO - punti viola scuro)); i) Ozono (O3 – punti arancioni); l) Particolato totale sospeso (punti verde scuro); m) PM2.5 (punti verde acqua); n) PM10 (punti grigi); o) Biossido di zolfo (punti viola chiaro). ... 116

Figura 65. Andamento del valore medio giornaliero per tutta la Lombardia di: a) Altezza della neve; b)

Direzione del vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Monossido di carbonio (CO); i) Ozono (O3); l) Particolato totale sospeso; m) PM2.5; n) PM10; o) Biossido di zolfo; p) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Sono indicati tutti i limiti giornalieri, tranne per il PM2.5, per cui la legge ha stabilito solo un limite annuale di 25 µg/m³. I limiti del monossido di carbonio (10 g/m³) e quelli del biossido di zolfo (125 µg/m³) non sono indicati nei grafici perché i valori dell’anno 2015 sono sempre ampiamente sotto soglia limite. ... 119

Figura 66. Rappresentazione delle stazioni nell’ASL 8: a) stazioni meteorologiche (punti rossi); b) stazioni

fisse (punti blu). ... 120

Figura 67. Valore medio giornaliero per l’ASL 8 di: a) Direzione del vento; b) Precipitazioni; c) Radiazione

globale; d) Temperatura; e) Umidità relativa; f) Velocità del vento; g) Monossido di carbonio (CO); h) Ozono (O3); i) PM2.5; l) PM10; m) Biossido di zolfo; n) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 65. ... 122

Figura 69. Valore medio giornaliero per l’ASL 9 di: a) Direzione del vento; b) Precipitazioni; c) Radiazione

globale; d) Temperatura; e) Umidità relativa; f) Velocità del vento; g) Monossido di carbonio (CO); h) Ozono (O3); i) PM2.5; l) PM10; m) Biossido di zolfo; n) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 65. ... 125

Figura 71. Valore medio giornaliero per l’ASL 10 di: a) Direzione del vento; b) Precipitazioni; c)

Temperatura; d) Umidità relativa; e) Velocità del vento; f) Monossido di carbonio (CO); g) Ozono (O3); h) PM10; i) Biossido di zolfo; l) Numero AC. Con le line rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 65... 127

Figura 72. Rappresentazione della distribuzione dei DAE (stelle rosse) e mappatura dei nodi ad essi più

vicini (punti verdi) dai quali sono state costruite le isocrone. ... 128

Figura 73. Rappresentazione delle isocrone create considerando un tempo di quattro minuti per andata e

ritorno con velocità di camminata diverse. Le isocrone 180 sono quelle con velocità di 1.5 m/s; le isocrone 240 con velocità 2 m/s; le isocrone 360 con velocità 3 m/s. ... 129

Figura 74. Rappresentazione delle isocrone create considerando un tempo di sei minuti per andata e ritorno

con velocità di camminata diverse. Le isocrone 270 sono quelle con velocità di 1.5 m/s; le isocrone 360 con velocità 2 m/s; le isocrone 540 con velocità 3 m/s. ... 130

Figura 75. Numero degli AC fuori casa coperti da una isocrona, da più di una isocrona o da nessuna, in

modo tale da capire in quanti AC era possibile reperire un DAE nelle vicinanze con una velocità di camminata di 1.5-2-3 m/s. a) Nel tempo di 2 minuti b)Nel tempo di 3 minuti. ... 132

Figura 76. Numero degli AC in casa coperti da una isocrona, da più di una isocrona o da nessuna, in modo

tale da capire in quanti AC era possibile reperire un DAE nelle vicinanze con una velocità di camminata di 1.5-2-3 m/s. a) Nel tempo di 2 minuti b)Nel tempo di 3 minuti. ... 133

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7 Figura 77. Rappresentazioni delle stazione per l’ASL 1: a) stazioni meteorologiche (punti rossi); b) stazioni

fisse inquinanti (punti blu). ... 163

Figura 78. Andamento del valore medio giornaliero per l’ASL 1 di: a) Altezza della neve; b) Direzione del

vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Monossido di carbonio (CO); i) Ozono (O3); l) Particolato totale sospeso; m) PM2.5; n) PM10; o) Biossido di zolfo; p) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Sono indicati tutti i limiti giornalieri, tranne per il PM2.5, per cui la legge ha stabilito solo un limite annuale di 25 µg/m³. I limiti del monossido di carbonio (10 g/m³) e quelli del biossido di zolfo (125 µg/m³) non sono indicati nei grafici perché i valori dell’anno 2015 sono sempre ampiamente sotto soglia limite. ... 165

Figura 79. Rappresentazioni delle stazione per l’ASL 2: a) stazioni meteorologiche (punti rossi); b) stazioni

Figura 80. Andamento del valore medio giornaliero per l’ASL 1 di: a) Direzione del vento; b)

Precipitazioni; c) Radiazione globale; d) Temperatura; e) Umidità relativa; f) Velocità del vento; g) Monossido di carbonio (CO); h) Ozono (O3); i) PM2.5; l) PM10; m) Biossido di zolfo; n) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 78. ... 168

vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Monossido di carbonio (CO); i) Ozono (O3); l) PM2.5; m) PM10; n) Biossido di zolfo; o) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda Figura 78. ... 171

vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Monossido di carbonio (CO); i) Ozono (O3); l) PM2.5; m) PM10; n) Biossido di zolfo; o) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 78. ... 176

Figura 87.Rappresentazioni delle stazione per l’ASL 6: a) stazioni meteorologiche (punti rossi); b) stazioni

Precipitazioni; c) Radiazione globale; d) Temperatura; e) Umidità relativa; f) Velocità del vento; g) Monossido di carbonio (CO); h) Ozono (O3); i) PM2.5; l) PM10; m) Biossido di zolfo; n) Numero AC.

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Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 78. ... 184

Figura 95.Rappresentazioni delle stazione per l’ASL 13: a) stazioni meteorologiche (punti rossi); b) stazioni

vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Monossido di carbonio (CO); i) Ozono (O3); l) PM2.5; m) PM10; n) Biossido di zolfo; o) Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 78. ... 190

Figura 100. Andamento del valore medio giornaliero per l’ASL 15 di: a) Altezza della neve; b) Direzione

del vento; c) Precipitazioni; d) Radiazione globale; e) Temperatura; f) Umidità relativa; g) Velocità del vento; h) Ozono (O3); i) PM2.5; l) PM10; m)Numero AC. Con le linee rosse sono indicati i limiti di legge per la protezione della salute umana. Vedi legenda di Figura 78. ... 195

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INDICE DELLE TABELLE

Tabella 1. Stato dell'arte riguardo la correlazione tra fattori meteorologici ed inquinanti e le malattie

cardiovascolari. Viene indicato oltre al titolo dello studio, il luogo dove è stato effettuato, il periodo

considerato, i fattori analizzati e i risultati ottenuti. ... 50

Tabella 2. Elenco dei campi presenti nel database ISTAT, con relativa descrizione... 59

Tabella 3. Esempio del contenuto dei campi del database ISTAT relativo alla popolazione residente in Lombardia al 31 Dicembre 2015. (http://www.istat.it/it/ ) ... 59

Tabella 4. Elenco dei campi presenti nel database ISTAT con relativa descrizione, relativamente ad ogni comune lombardo per il 2015 ... 59

Tabella 5. Esempio di contenuto di alcuni campi del database ISTAT con la popolazione residente in ogni comune lombardo. (http://www.istat.it/it/) ... 61

Tabella 6. Elenco dei campi presenti nel database AREU degli AC, con relativa descrizione. ... 62

Tabella 7. Elenco dei campi presenti nel database AREU dei DAE, con relativa descrizione ... 66

Tabella 8. Esempio di contenuto di alcuni campi del database AREU dei DAE nella regione Lombardia. ... 67

Tabella 9. Elenco dei campi presenti nel database ARPA delle stazioni meteorologiche, con relativa descrizione. ... 68

Tabella 10. Esempio del contenuto di campi del database ARPA riguardante le stazioni meteorologiche della regione Lombardia. (http://ita.arpalombardia.it/ita/index.asp) ... 69

Tabella 11. Elenco dei campi presenti nel database ARPA riguardante le stazioni fisse, che misurano gli inquinanti dell'aria, presenti in Lombardia. ... 70

Tabella 12. Esempio di alcuni campi presenti nel database delle stazioni fisse di ARPA collocate sul territorio lombardo e di cui vengono forniti i dati geografici per la loro localizzazione. (http://www2.arpalombardia.it/sites/QAria/_layouts/15/QAria/IDati.aspx?v=2) ... 70

Tabella 13. Legenda dei file presenti in ogni cartella inviata da ARPA, contenete tutti i valori richiesti di diversi sensore; in essa compaiono le unità di misura e il fattore misurato, il nome sia del sensore che della stazione di misura e l'arco temporale di richiesta del dato. ... 71

Tabella 14. Valori di velocità del vento rilevati dal sensore 11844, con la relativa indicazione del giorno e dell'orario in cui è stato registrato il dato. ... 71

Tabella 15. Elenco dei sistemi di riferimento utilizzati in Italia e in cui sono presentati i dati. La tabella contiene il codice che li identifica e il loro nome sia nella banca dati ESPG, sia in quella ESRI. (http://spatialreference.org/ref/epsg/) (http://resources.arcgis.com/en/help/main/10.1/018z/pdf/projected_coordinate_systems.pdf) ... 77

Tabella 16. Distinzione tra arresti avvenuti in casa o in strutture residenziali e fuori. Per entrambi i casi sono presenti i valori percentuale sul numero totale di AC e sulla popolazione lombarda. ... 95

Tabella 17. Suddivisione degli AC avvenuti in tutta la Lombardia per sesso (M/F). ... 97

Tabella 18. Suddivisione degli AC avvenuti in casa distinti per sesso (M/F). ... 97

Tabella 19. Suddivisione degli AC avvenuti fuori casa distinti per sesso (M/F). ... 98

Tabella 20. Tempo mediano impiegato dai mezzi di soccorso ad arrivare sul luogo dove si trova il paziente. E' espresso in minuti e nella prima colonna viene mostrato anche il tempo medio di arrivo del primo mezzo di soccorso, che può essere di Base (MSB), Avanzato (MSA) ed Intermedio (MSI). oppure due di essi contemporaneamente. ... 103

Tabella 21.Indicazione del numero di AC, della popolazione e della percentuale di AC in base agli abitanti in ogni ASL lombarda... 111

Tabella 22. Indicazione del numero di AC in ogni ASL lombarda, considerando solo le aree antropizzate. 112 Tabella 23.Indicazione del numero di DAE, della popolazione e della percentuale di DAE in base agli abitanti in ogni ASL lombarda. ... 113

Tabella 24. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per ogni fattore in tutta la Regione Lombardia... 116

Tabella 25. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per l’ASL 8... 120

Tabella 26. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per l’ASL 9. ... 123

Tabella 27. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per l’ASL 10... 126

Tabella 28. Percentuale di area territoriale relativa alle ASL 8, 9 e 10 realmente coperta considerando le tre tipologie di isocrone costruite con un arco temporale di 2 minuti per singolo tratto con velocità di camminata di 1.5 m/s (180 metri), 2 m/s (240 metri), 3 m/s (360 metri). ... 130

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10 Tabella 29. Percentuale di area territoriale relativa alle ASL 8, 9 e 10 realmente coperta considerando le tre

tipologie di isocrone costruite con arco temporale di 3 minuti per singolo tratto con velocità di

camminata di 1.5 m/s (270 metri), 2 m/s (360 metri), 3 m/s (540 metri). ... 130

Tabella 30.Numero di AC fuori casa presenti in una isocrona, in più isocrone, il numero di AC che non sono

coperti territorialmente da nessun DAE ed in quanti casi è stato utilizzato un DAE da parte di astanti all’evento. I valori sono calcolati in base alla distanza percorsa in due minuti per l'andata e due minuti per il ritorno, con velocità di 1,5 m/s, 2 m/s e 3m/s. ... 131

Tabella 31. Numero di AC fuori casa presenti in una isocrona, in più isocrone, il numero di AC che non sono

coperti territorialmente da nessun DAE ed in quanti casi è stato utilizzato un DAE da parte di astanti all’evento. I valori sono calcolati in base alla distanza percorsa in tre minuti per l'andata e tre minuti per il ritorno, con velocità di 1,5 m/s, 2 m/s e 3m/s. ... 131

Tabella 32. Numero di AC in casa presenti in una isocrona, in più isocrone, il numero di AC che non sono

coperti territorialmente da nessun DAE ed in quanti casi è stato utilizzato un DAE da parte di astanti all’evento. I valori sono calcolati in base alla distanza percorsa in due minuti per l'andata e due minuti per il ritorno, con velocità di 1,5 m/s, 2 m/s e 3m/s. ... 132

Tabella 33. Numero di AC in casa presenti in una isocrona, in più isocrone, il numero di AC che non sono

coperti territorialmente da nessun DAE ed in quanti casi è stato utilizzato un DAE da parte di astanti all’evento. I valori sono calcolati in base alla dista-nza percorsa in tre minuti per l'andata e tre minuti per il ritorno, con velocità di 1,5 m/s, 2 m/s e 3m/s. ... 133

Tabella 34. Valori medi annuali rispettivamente per altezza della neve (NEVE), direzione del vento (DV),

precipitazioni (PREC), radiazione globale (RG), temperatura (TEMP), umidità relativa (UR), velocità del vento (VV). Vengono anche indicati il numero di AC in ogni ASL e il loro rapporto in base al numero di abitanti. ... 135

Tabella 35. Valori media annuali rispettivamente per monossido di carbonio (CO), ozono (O3), PM2.5,

PM10, biossido di zolfo (SO2). Vengono anche indicati il numero di AC in ogni ASL e il loro rapporto in base al numero di abitanti. ... 135

Tabella 36. Coefficienti di correlazione tra i fattori meteorologici ed inquinanti con il tasso % di arresti

cardiaci (AC) sugli abitanti di ogni ASL, e con il numero assoluto di AC. ... 136

Tabella 37. Valori media annuali rispettivamente per altezza della neve (NEVE), direzione del vento (DV),

precipitazioni (PREC), radiazione globale (RG), temperatura (TEMP), umidità relativa (UR), velocità del vento (VV). Vengono anche indicati il numero di AC nelle aree antropizzate di ogni ASL e il loro rapporto in base al numero di abitanti totali della regione. ... 137

Tabella 38. Valori media annuali rispettivamente per monossido di carbonio (CO), ozono (O3), PM2.5,

PM10, biossido di zolfo (SO2). Vengono anche indicati il numero di AC nelle aree antropizzate di ogni ASL e il loro rapporto in base al numero di abitanti totali della regione. ... 137

Tabella 39. Coefficienti di correlazione tra i fattori meteorologici ed inquinanti con il tasso % di AC sugli

abitanti delle aree uantropizzate di ogni ASL e il numero assoluto di AC. ... 138

Tabella 40. Correlazione tra i fattori meteorologici e inquinanti con gli AC. a) Lombardia totale; b)ASL 8;

c)ASL 9; d) ASL 10. Sono evidenziati i valori significativi con p<0.05. ... 138

Tabella 41. Analisi di correlazione tra valore atteso (Oi-Ai) e i valori mediani giornalieri dei fattori

meteorologici ed inquinanti: a) per la regione Lombardia; b) per l’ASL 8. Sono evidenziati i valori significativi con p<0.05. ... 141

Tabella 42. Esiti del pronto soccorso per i pazienti colpiti da AC in casa, che sono stati sottoposti a

rianimazione cardiopolmonare e defibrillazione da parte dei mezzi di soccorso. ... 145

Tabella 43.Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per ogni fattore

nell’ASL 1. ... 163

nell’ASL 2. ... 166

nell’ASL 3. ... 168

nell’ASL 4. ... 171

nell’ASL 5. ... 174

Tabella 48. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per ogni fattore

nell’ASL 6. ... 177

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11 Tabella 50. Media annuale, deviazione standard, mediana e 25-imo e 75-imo percentile per ogni fattore

nell’ASL11. ... 182

nell’ASL 12. ... 185

nell’ASL13. ... 187

nell’ASL14. ... 190

nell’ASL15. ... 193

Tabella 55. Matrice di correlazione tra i fattori meteorologici ed inquinanti nelle diverse ASL: a) ASL 1; b)

ASL 2; c) ASL 3; d) ASL 4; e) ASL 5; f) ASL 6; g) ASL 7; h) ASL 11; i) ASL 12; l) ASL 13; m) ASL 14; n) ASL 15. Sono evidenziati i valori significativi con p<0.05... 195

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SOMMARIO

L’arresto cardiaco (AC) rappresenta una delle principali cause di morte che ancora oggi colpisce in Italia e nel mondo un numero elevato di persone ogni anno, circa 1 caso su 1000 abitanti. Avviene a causa di un malfunzionamento del sistema di conduzione elettrico del cuore stesso, che lo porta ad una improvvisa cessazione del battito.

Nel caso di AC le manovre di primo soccorso, effettuate sul paziente, sono di importanza vitale per evitare danni permanenti, in particolar modo al cervello, il coma o la morte stessa. Tra queste manovre abbiamo la rianimazione cardiopolmonare (RCP) e la defibrillazione tramite defibrillatori esterni automatici (DAE). Queste due pratiche possono essere messe in atto anche da persone testimoni dell’evento, in particolare se esse hanno ricevuto una adeguata formazione per svolgerle prima dell’arrivo dei soccorsi. Esse devono essere praticate in un arco temporale tra i 4 e i 6 minuti, poiché alcune cellule cerebrali dopo 5 minuti di deossigenazione cominciano a morire. [Zulli Luigi, 2016] L’utilizzo di DAE è fondamentale nel trattamento del paziente colpito da AC, poiché con esso si cerca di ripristinare il normale battito cardiaco. La loro vicinanza al luogo dell’evento è indispensabile, per questo è necessaria una corretta ed omogenea distribuzione dei DAE sul territorio, in relazione alla popolazione ed ai potenziali fattori di rischio.

Le cause scatenanti degli AC sono state ricercate, non solo in cause fisiche e patologiche del paziente stesso, ma anche nell’influenza che hanno i fattori meteorologici ed inquinanti dell’ambiente circostante in cui vive il paziente sul suo organismo. Sono stati condotti diversi studi per analizzare questa correlazione, come lo studio condotto da Urban et al., 2015 che cerca di correlare gli AC con le temperature ambientali, oppure la correlazione con il PM10, PM2.5, O3 e CO, in alcune maggiori città [Silverman Robert A. et al., 2010] e in particolari periodi dell’anno.

Lo scopo di questo lavoro di tesi, svolto in collaborazione con AREU, Agenzia Regionale Emergenze-Urgenze, è quello di utilizzare strumenti di geomatica per compiere una analisi sugli AC avvenuti in Lombardia nell’anno 2015, per comprendere la loro distribuzione sul territorio ed in relazione alla popolazione residente, e verificare l’esistenza di correlazione con i fattori ambientali. Inoltre è stata studiata la collocazione dei DAE nella città di

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13 Milano, per verificare la corretta distribuzione sul territorio di questi macchinari salvavita, in relazione ad una analisi retrospettiva degli eventi di AC verificatisi sul territorio.

I dati utilizzati riguardo gli arresti cardiaci e dei DAE sul territorio lombardo sono stati forniti da AREU, mentre quelle relativi alle stazioni meteorologiche ed inquinanti da ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente), e quelli sulla popolazione dall’ISTAT. Dopo aver opportunamente pre-processato i dati, in modo da eliminare quelli che non fornivano informazioni utili al fine del lavoro o che non erano presenti in modo corretto nei database, sono state effettuate le prime analisi.

I 10686 casi di AC sono stati suddivisi tra quelli avvenuti in abitazioni private e quelli fuori da esse. Partendo quindi dal database totale e dai due nuovi database ottenuti, rispettivamente di 9268 casi e 1418 casi, gli AC sono stati suddivisi in base al sesso e in quattro fasce di età riportante anche in studi precedenti [Forastiere Francesco et al., 2005]. Sono state studiate anche le manovre di rianimazione e defibrillazione sui pazienti, per valutare la loro efficacia sugli arresti cardiaci.

Grazie a tecniche di geolocalizzazione e mappatura dei dati tramite i sistemi GIS (Geographic Information System) sono state costruite le mappe degli AC e delle stazioni meteorologiche ed inquinanti per avere una chiara idea della loro distribuzione in Lombardia. Sono entrambi stati localizzati e studiati sia a livello regionale che divisi nelle singole ASL lombarde. È stato così possibile valutare per ogni ASL la correlazione con i fattori ambientali, rispettivamente per gli AC avvenuti nelle abitazioni private, considerando sia una distribuzione omogenea degli abitanti sul territorio regionale, sia in base al numero di essi avvenuti nelle aree antropizzate (i.e. città , insediamenti produttivi, vie di comunicazione e zone verdi non agricole, come i parchi pubblici). Sono state valutate anche le correlazioni che intercorrono tra i diversi fattori ambientali stessi, per comprendere se l’influenza di uno di essi sull’organismo umano fosse accompagnato anche da altri inquinanti o variazioni temporali.

I sistemi GIS sono stati utilizzati anche per le costruzione di isocrone temporali centrate sui DAE, presenti nelle tre ASL della città di Milano, per valutare l’area realmente coperta da essi e in tal modo considerare quanti AC avvenuti in esse sono stati trattati da astanti all’evento con i DAE presenti nelle zone limitrofe. Per la loro realizzazione sono stati

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14 considerati due archi temporali rispettivamente di 4 e 6 minuti. Questa tipologia di analisi differisce da quelle precedenti [Mears Greg et al., 2006], dove per valutare la migliore collocazione dei DAE sul territorio sono stati usati metodi matematici basati sulla popolazione residente nell’area scelta.

I risultati ottenuti dalle analisi sul database degli AC mostrano una percentuale maggiore, circa l’87%, avvenuti in casa, solo il 13 % fuori dalle abitazioni private. La concentrazione maggiore di essi, per quelli avvenuti in casa segue trend temporali, dimostrati anche da altri studi [Boari Benedetta et al.,2011], con picchi di 10,2%, 9,75% e 9,3% dei casi, rispettivamente nei mesi di Gennaio, Luglio e Dicembre.

Si è potuto constatare che le cure di primo soccorso sono erogate nella maggior parte dei casi dai mezzi di soccorso di base (MSB), dove l’RCP viene praticata nel 50% dei casi e la defibrillazione nel 45,4% dei casi.

È stato dimostrato che esiste una correlazione positiva tra gli AC ed in particolare la temperatura, l’ozono e la radiazione globale, tutte e tre correlate rispettivamente anche tra loro. Gli inquinanti PM2.5 e PM10, considerati in diversi studi [Forastiere Francesco et al., 2005] più correlati con gli AC mostrano nel caso in esame dei valori elevati durante il periodo invernale.

Dalla costruzione delle isocrone è risultato che l’area massima coperta da essi con una camminata di 3 m/s in 3 minuti per l’andata e 3 minuti per il ritorno è solo il 14% del territorio considerato, anche se l’arco temporale utilizzato è comunque elevato in caso di AC. Sono poi stati calcolati gli AC avvenuti fuori dalle abitazioni in ogni isocrona e si è potuto constatare che circa il 53% di essi è avvenuto in aree limitrofe al luogo di collocazione dei DAE. Nonostante ciò, solo nel 3,8% di essi è stato utilizzato il defibrillatore da parte di astanti all’evento.

Concludendo si può affermare che la maggior parte degli AC avviene in aree antropizzate, non correttamente fornite di DAE, necessari a salvare la vita del paziente. Infatti si è anche dimostrato che le prime manovre di soccorso di base sono indispensabili per una maggiore probabilità di sopravvivenza da arresti cardiaci, tuttavia il numero di persone presenti all’evento in grado di praticarle sono ancora molto poche. La qualità dell’aria e

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15 dell’ambiente circostante inoltre influenza in modo più o meno elevato l’insorgere di arresti cardiaci.

L’utilizzo di tecniche di geomatica applicate all’analisi di problemi bioingegneristici, quali la valutazione delle cause di mortalità e la possibile prevenzione del rischio tramite opportune azioni volte a ottimizzare le risorse in campo, rappresenta una innovazione in grado di offrire nuove forme di analisi e visualizzazione dei dati, nonchè nuovi approcci per proporre soluzioni ai problemi incontrati.

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ABSTRACT

Cardiac arrest (CA) is one of the leading causes of death that still strikes in Italy and around the world a large number of people each year, about 1 in 1000 residents. It happens due to a malfunction of the heart's electrical conduction system itself, which leads to a sudden cessation of heartbeat.

In the case of CA the appropriate first aid, carried out on the patient, they are of vital importance in order to avoid permanent damage, especially to the brain, coma or death itself. These actions have cardiopulmonary resuscitation (CPR) and defibrillation with automated external defibrillators (AEDs). These two practices can be implemented even by people witness the event, particularly if they have received appropriate training to perform them before the arrival of paramedics. They must be practiced in a period between 4 and 6 minutes, since some brain cells after 5 minutes of deoxygenation begin to die. [Zulli Luigi, 2016]

The use of AED is critical in treating the patient suffering from CA, because this will restore the normal heartbeat. Their proximity to the place of the event is essential, for this you need a proper and uniform distribution of AEDs in the area, in relation to the population and the potential risk factors.

The underlying causes of the CA have been sought, not only in the physical and pathological causes of the patient, but also in the influence that the meteorological elements and pollutants of the environment in which the patient lives on his body. Several studies have been conducted to analyze this correlation, as the study conducted by Urban et al., 2015 which seeks to correlate CA with ambient temperatures, or the correlation with the PM10, PM2.5, O3 and CO, in some further city [Silverman Robert A. et al., 2010], and in particular periods of the year.

The aim of this thesis work, done in collaboration with AREU, Regional Agency Emergency-Urgency, is to use geomatics tools to perform an analysis on CA occurred in Lombardy in 2015, to understand their distribution throughout the country and in relation to the resident population, and verify the existence of correlation with environmental

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17 factors. In addition, the placement of AEDs in the city of Milan, to verify the correct spatial distribution of these life-saving machines, in relation to a retrospective analysis of CA events occurring in the territory has been studied.

The data used about cardiac arrest and AEDs in Lombardy were provided by AREU, while those related to weather and polluting stations by ARPA (Regional Agency for Environmental Protection), and those on population by ISTAT. After suitably pre-processed data, so as to remove those that did not provide useful information to the end of the work, or that were not present in the correct way in the database, the first analyzes were performed.

The 10686 CA cases were divided between those that occurred in private dwellings and those outside them. Starting then the total and two new obtained database, respectively, of 9268 cases and 1418 cases, the CA were divided by gender and four age bearing age even in previous studies [Forastiere Francesco et al., 2005]. Also they were studied resuscitation and defibrillation on patients, to evaluate their effectiveness on cardiac arrests.

Thanks to geolocation techniques and mapping of data through GIS (Geographic Information System) maps were constructed by CA and meteorological stations and pollutants to get a clear idea of their distribution in Lombardia. Both were located and studied regionally and divided into Lombardia Regional ASL.( local first aid office). It was possible to evaluate for each ASL correlation with environmental factors, respectively for CA took place in private homes, considering both a homogeneous distribution of the inhabitants in the region, is based on the number of them occurred in populated areas (ie city, production plants, communication routes and non-agricultural green areas, such as public parks). They were also assessed the correlations that exist between the various environmental factors themselves, in order to understand if the influence of one of them on the human organism was also accompanied by other pollutants or weather variations.

GIS systems have also been used for the construction of temporal isochrones centered on AEDs, in the three ASL of Milan, to evaluate the real area covered by them and thus consider how many CA occurring in them that were treated by bystanders of event with

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18 AED presents in the neighboring areas. For their implementation, we have been considered two time frame range respectively of 4 and 6 minutes. This type of analysis differs from the previous ones [ Mears Greg et al., 2006], where, to assess the best placement of AEDs on the territory, were used mathematical methods based on the resident population in the chosen area.

The results obtained from the analysis of the CA database show a greater percentage, about 87%, occurred in private homes, only 13% out of homes. The higher concentration of them, to those that occurred in the house, follows temporal trends, also demonstrated by others studies [Boari Benedetta et al.,2011], with peaks of 10,2%, 9,75%, and 9,3% cases, respectively, in the months of January, July and December.

It was found that the first aid care is provided in most cases from the total CA by basic emergency vehicles (MSB), where the CPR is practiced in 50% of cases and defibrillation in 45.4% of the total cases.

It has been demonstrated that a correlation exists between the CA and in particular the high temperatures, ozone, and global radiation, all three related between them. The pollutants PM2.5 and PM10, considered in several studies more related [Forastiere Francesco et al., 2005] with CA show, in this case, highest values during the winter.

The isochrones maps show that the maximum area covered by them , taking into account a 3 m/s walk in 6 minutes round trip, is only 14% of the territory considered, although the time frame used is still high in the case of CA. They were then calculated CA occurred outside the homes in each isochronous and it was found that 52.7% of them in maximum time have occurred in the neighboring area to the point of placement of the AED. Yet only about 3.8% of them used the defibrillator located in the area of the event.

In conclusion, it can be said that most of the CA takes place in urban areas, not properly equipped with AEDs, needed to save the patient's life. In fact, it was also shown that the first basic rescue procedures are essential for a better chance of survival from cardiac arrest, but the number of people attending the event for such training are still very few. The air quality of the surrounding environment also has influenced in some event of cardiac arrest.

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19 The use of geomatics techniques applied to the analysis of bioengineering problems, such as the assessment of mortality and the possible risk prevention through appropriate actions to optimize resources in the field, is an innovation to offer new forms of analysis and display of data, as well as new approaches to propose solutions to the problems encountered.

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1. INTRODUZIONE

1.1. CONTESTO CLINICO: IL CUORE

Il cuore è un organo fondamentale per l’essere umano. Rappresenta la parte principale del sistema cardiocircolatorio, svolgendo la funzione di pompa. Attraverso le arterie, rete di vasi sanguigni ramificati che dal cuore arriva in tutto l'organismo, rifornisce tutti gli organi, i tessuti e le cellule dell'energia necessaria per la vita con sangue ricco di ossigeno e di sostanze nutritive. Grazie alle vene invece permette di raccogliere l’anidride carbonica e i prodotti di scarto da tutto il corpo per espellerli dall’organismo stesso.

Il cuore si contrae costantemente e ritmicamente per inviare il sangue ai polmoni ed in tutto l'organismo. La sua contrazione avviene in risposta a segnali elettrici prodotti dal sistema elettrico intrinseco a sè stesso, richiedendo così un costante apporto di sangue ossigenato, proveniente dalle arterie coronarie.

Istante per istante, nella vita quotidiana, il cuore si adatta automaticamente alle diverse necessità. Quando l'organismo richiede più nutrimento ed energia (durante un'attività fisica) il cuore risponde di conseguenza, pulsando più rapidamente ed energicamente, per far circolare una maggiore quantità di sangue. Esso pompa da 5 a 6 litri di sangue in un minuto a riposo, ma più di 20 litri al minuto durante l'esercizio fisico.

È situato nel torace, dietro la parte inferiore dello sterno, un po’ spostato a sinistra tra i due polmoni e il diaframma, e presenta una forma vagamente conica. Il volume di un cuore adulto è simile a quella di una mano chiusa a pugno. In un individuo medio, misura circa 13 centimetri di lunghezza su 8 centimetri di larghezza, e pesa circa tra i 280 e i 340 grammi negli uomini, mentre nelle donne tra i 230 e i 280 grammi.

Un doppio sacco di muscoli chiamato pericardio racchiude il cuore e serve per proteggerlo e ancorarlo nel petto. Tra lo strato più esterno, il pericardio parietale, e lo strato più interno, il pericardio serioso, scorre il fluido pericardiale, che lubrifica il cuore durante le contrazioni e i movimenti dei polmoni e del diaframma.

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21 La parte esterna del cuore è costituita da tre strati:

 EPICARDIO (lo strato più esterno): una sottile membrana che ricopre la superficie del cuore;

 MIOCARDIO ( lo strato intermedio): uno spesso strato muscolare che si contrae ritmicamente svolgendo la funzione di pompa;

 ENDOCARDIO ( lo strato più interno): una membrana lucida che si trova a contatto con il sangue e che ricopre le pareti interne e le valvole cardiache, continuando con il rivestimento interno delle arterie e delle vene (endotelio). [Cattaneo Luigi et al, 2005]

È costituito da quattro camere: due camere superiori (gli atri) e due inferiori (i ventricoli). L’atrio destro e il ventricolo destro insieme formano il “cuore destro”, così come l’atrio sinistro e il ventricolo sinistro formano il “cuore sinistro”. La sezione destra con rispettivo atrio e ventricolo è separata da quella sinistra tramite un parete muscolare chiamata setto interatriale nella parte superiore, e setto interventricolare in quella inferiore. Il setto nella sua totalità viene definito setto atrioventricolare.

La comunicazione tra atri e ventricoli dello stesso lato del cuore avviene grazie alle valvole tricuspide e mitrale o bicuspide, chiamate anche valvole atrioventricolari (AV), come mostrato in Figura 1.

A loro volta i ventricoli sono forniti di un altro orifizio che permette di spingere il sangue nella circolazione polmonare per quello di destra, e nella circolazione generale per quello di sinistra. Attraverso la valvola semi-lunare polmonare il sangue passa dal ventricolo destro nell’arteria polmonare, mentre attraverso la valvola aortica il sangue passa dal ventricolo sinistro all’aorta.

Le valvole atrioventricolari agiscono in modo che, chiudendosi, il flusso di sangue proveniente dagli atri non possa tornare indietro durante la contrazione dei ventricoli, indirizzando così il sangue in una sola direzione. [Perin Giordano, 2008]

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Figura 1. Rappresentazione del cuore e delle 4 valvole cardiache: aortica, polmonare, tricuspide e mitrale. [Perin Giordano, 2008]

Durante la fase di contrazione (SISTOLE) i ventricoli si contraggono sia nella direzione longitudinale che torsionale, come spremere una spugna, spingendo il sangue nelle arterie principali (l'Aorta e l’Arteria Polmonare). Terminata la sistole, il ventricolo si rilascia (DIASTOLE) e il sangue, che nel frattempo ha riempito gli atri attraverso le vene, lo riempie di nuovo per la prossima contrazione.

La circolazione del sangue avviene per mezzo del cuore secondo due differenti vie, mostrate in Figura 2: il circuito polmonare e il circuito sistemico. Nel circuito polmonare il sangue deossigenato, carico di anidride carbonica, lascia il ventricolo destro del cuore attraverso l’arteria polmonare per arrivare ai polmoni. In seguito il sangue ossigenato ritorna all’atrio sinistro attraverso la vena polmonare. Nel circuito sistemico invece, il sangue ossigenato lascia il cuore dal ventricolo sinistro all’aorta e da li entra nelle arterie e nei capillari, grazie ai quali vengono riforniti di sangue ossigenato i tessuti del corpo umano. Il sangue deossigenato poi ritorna attraverso le vene alla vena cava per rientrare nell’atrio destro del cuore.[Cirelli Stefano, 2016]

Figura 2. Le due vie di circolazione del sangue; in blu viene rappresentato il sangue ossigenato, mentre in rosso il sangue deossigenato.[Cirelli Stefano, 2016]

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23 Il sangue giunge al cuore attraverso dei canali o vasi denominati vene ed è espulso dal cuore attraverso altri vasi denominati arterie. La Figura 3 mostra le principali vene ed arterie che sono collegate al cuore stesso.

Due grandi vene raccolgono tutto il sangue che viene dalla periferia e lo convogliano nell’atrio destro: sono la vena cava superiore, che raccoglie il sangue proveniente dalla parte superiore del corpo e la vena cava inferiore, che raccoglie il sangue proveniente dalla parte inferiore del corpo.

Figura 3. Rappresentazione del cuore. VCs = vena cava superiore; VCi = vena cava inferiore; Ads = atrio destro; Vds = ventricolo destro; AP = arteria polmonare; APd = arteria polmonare destra; APs =

arteria polmonare sinistra; Vp = vene polmonari; Asn = atrio sin.[Cirelli Stefano, 2016] Diversamente dagli altri muscoli del corpo la cui attività dipende dal cervello e dal midollo spinale (muscolatura 'volontaria') il cuore è autosufficiente in quanto possiede un proprio stimolatore che genera l'impulso elettrico che determina la contrazione cardiaca (battito). Lo stimolatore cardiaco si chiamato nodo seno atriale e produce l’impulso nervoso che genera la contrazione del cuore. È situato nell’atrio destro, vicino allo sbocco della vena cava superiore e questa sua proprietà di generazione spontanea dello stimolo viene chiamata automatismo. Il sistema nervoso autonomo agisce da modulatore della frequenza

e intensità dello stimolo prodotto dal nodo seno atriale.

Il nodo senoatriale emette ritmicamente un impulso che depolarizza il muscolo cardiaco adiacente, le onde che ne derivano si propagano attraverso gli atrii fino a raggiungere la seconda struttura di conduzione specifica chiamata nodo atrioventricolare, che si trova nella parete dell'atrio destro a sinistra dell’orifizio del seno coronario; la sua estremità è in continuità con il miocardio atriale e con fibre dei tratti internodali.

Lo stimolo giunto nel nodo atrioventricolare rallenta in modo che la depolarizzazione dei due atrii possa essere completata, successivamente, riacquista velocità diffondendosi attraverso il tessuto specializzato nella conduzione, rappresentato dal fascio di His che è la

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24 continuazione del nodo atrioventricolare ed è situato nella porzione membranosa e prossimale del setto interventricolare. Nella Figura 4 è stato rappresentato il sistema di conduzione dell’impulso del sangue, con i nodi adibiti a questo compito.

Pertanto, non appena l'impulso elettrico partito dal nodo seno atriale arriva ai ventricoli, essi si contraggono.

Figura 4. Sistema di conduzione del cuore. [Perin Giordano,2008] Nel corso di una vita media il cuore si contrae più di 2,5 miliardi di volte.

Al cuore arrivano continui segnali dal sistema nervoso che gli permettono di adattare la sua potenza e il suo lavoro alle richieste variabili dell'organismo che per esempio deve avere a disposizione maggior ossigeno per far fronte ad uno sforzo.

In particolare gli impulsi nervosi condotti dal sistema simpatico, che nascono nella parte alta del midollo spinale (bulbo), tendono ad accelerare la frequenza e la forza delle contrazioni, esaltando l’eccitabilità del cuore, mentre gli stimoli provenienti dal sistema parasimpatico (o vagale), generati dal centro cardio-inibitore posto nel bulbo, operano in senso contrario al sistema simpatico. L'attività prevalente dell'uno o dell'altro spiega rispettivamente le accelerazioni (tachicardie) del ritmo cardiaco o i suoi rallentamenti (bradicardia). La frequenza del cuore, in ogni istante, è data dell'equilibrio dinamico che si crea tra i due sistemi.

Talvolta però la regolarità del ritmo viene perduta ed il cuore può battere con irregolarità, causando tachicardie (aumento della frequenza dei battiti), brachicardie (riduzione della frequenza dei battiti) e battiti prematuri (extrasistolici), fuori dal normale ritmo cardiaco.[Cirelli Stefano, 2016]

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1.2. ARRESTO CARDIACO (AC) o ARRESTO

CARDIOCIRCOLATORIO (ACC)

L’arresto cardiaco (AC), o più appropriatamente l’arresto cardio-circolatorio (ACC), è un deficit improvviso della funzionalità del cuore, a causa del quale esso cessa improvvisamente di battere e di conseguenza interrompe anche la sua attività di pompaggio del sangue. In questo modo i tessuti corporei ed in particolare il cervello non sono più perfusi da sangue ossigenato, portando ad una perdita di coscienza del paziente ed alla morte in poco tempo. L’AC risulta quindi essere una gravissima emergenza medica che come tale deve essere trattata in tempi strettissimi, pena la morte o danni cerebrali permanenti in chi ne è colpito. Tuttavia se il trattamento è repentino ed adeguato, in molti casi l’ACC può essere reversibile, garantendo così la sopravvivenza. L’ideale sarebbe trattare il paziente in una struttura attrezzata per la rianimazione cardiopolmonare che può disporre di idonee apparecchiature, ma anche un trattamento di primo soccorso, effettuato da astanti capaci, risulta essere d’aiuto.

L’AC, poiché molto spesso conduce alla morte del paziente, in medicina viene anche chiamato Morte Cardiaca Improvvisa (MCI), poiché avviene improvvisamente, con pochi segni premonitori o con poco preavviso. Con il termine MCI si intende la morte naturale dovuta a cause cardiache, o ACC primitivo, preceduta da un’improvvisa perdita di conoscenza in soggetti con o senza una cardiopatia nota preesistente.

Malgrado le conquiste ed i progressi della medicina che dagli anni ’60 hanno condotto ad una riduzione del tasso di mortalità per le malattie cardiovascolari, la MCI rappresenta ancora oggi uno dei problemi sanitari di maggiore rilievo in campo mondiale. È responsabile del 10% dei decessi che si verificano ogni anno in Italia e rappresenta oltre il 50% di tutti i decessi causati da patologie cardiache. [Zulli Luigi, 2016]

In Italia, una persona ogni circa 1000 abitanti perde la vita per MCI, superando di gran lunga quelle causate dagli incidenti stradali e dall’AIDS. La MCI colpisce chiunque e dovunque: sul lavoro, per strada, nei luoghi pubblici, all’interno di impianti sportivi, alla guida del proprio mezzo di trasporto, etc. [Zulli Luigi, 2016]

La principale causa dell’AC è dovuta ad una compromissione del sistema elettrico del cuore che ne determina la contrazione ritmica. Un malfunzionamento del nodo sinusale o

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26 del flusso di impulsi elettrici attraverso il cuore può condurre ad aritmie. Quest’ultime sono anomalie nel battito (in condizioni normali e fisiologiche circa 60-100 battiti al minuto), che possono causare una accelerazione del ritmo sinusale a più di 100 battiti al minuto, o una sua diminuzione a meno di 60 battiti al minuto, oppure un battito disordinato. Spesso queste interruzioni nel ritmo sono momentanee e innocue, ma alcune aritmie possono condurre ad ACC.

Molto spesso l’AC viene erroneamente confuso con l’attacco cardiaco, tuttavia essi sono due condizione mediche differenti. Mentre nel primo caso l’AC è dovuto ad un malfunzionamento elettrico del cuore, l’attacco cardiaco è dovuto ad una compromissione del flusso ematico pompato o ad una insufficienza cardiaca, con conseguente diminuzione della gittata ematica. L’attacco cardiaco o infarto del miocardio, si riferisce alla morte del tessuto muscolare cardiaco dovuta ad una perdita del flusso di sangue ossigenato alle coronarie, risultando non necessariamente nella morte del paziente. L’infarto del miocardio potrebbe tuttavia causare un AC e la morte improvvisa di colui che ne viene colpito.

1.2.1. CLASSIFICAZIONE

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I clinici sono soliti suddividere l’AC in due categorie, trattabile e non trattabile, in base al ritmo cardiaco ottenuto tramite Elettrocardiogramma (ECG).

Alla tipologia di AC trattabile appartengono quelli causati da aritmie reversibili. Tra queste troviamo la fibrillazione ventricolare (FV) e la tachicardia ventricolare senza polso. La prima è una tachicardia rapidissima, con frequenza molto alta, che provoca contrazioni del cuore non coordinate che portano ad una riduzione della gittata cardiaca fino al suo annullamento. Questa aritmia e il conseguente AC sono reversibili solo con uno speciale trattamento: la defibrillazione, di cui si parlerà in seguito.

Nella seconda categoria di AC appartengono le aritmie che non sono trattabili con la defibrillazione. Tra queste abbiamo l’asistolia e l’attività elettrica senza polso. L’asistolia, cioè assenza di sistole dovuta ad un deficit dell’attività elettrica del cuore, viene trattata con la somministrazione endovena di farmaci vasopressori (i.e., adrenalina), in grado quindi di alzare la pressione.

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